铁路提速对可达性空间格局演化的影响——以兰新铁路沿线区域为例

张晓州，白永平，张胜武

(西北师范大学地理与环境科学学院，兰州 730070)

0 引言

可达性是人文地理学、城乡规划、地球信息科学、交通运输经济学等学科的研究热点之一。交通网络的评价方法很多，其中，可达性被认为是一项有效的综合性指标。简言之，可达性是指利用特定的交通系统从某一区位到达指定活动区位的便捷程度，这一概念已广泛应用于交通地理学相关研究中。随着可达性研究的不断深入，其计算方法亦日益丰富，目前，常用的可达性度量方法主要包括［1］:距离法、累积机会法、等值线法、重力模型法、概率法、频率法、平衡系数法、时空法、效用法、基于矩阵的拓扑法、基于空间结构的拓扑法等等。其中，国外学者Hansen首次提出了通达性的含义，将其定义为交通网络中各节点相互作用的机会大小［2］，Bruinsma对通达性的衡量方法进行了归纳和总结［3］，Murayama探讨了铁路对日本城市体系通达性的影响［4］，Javier等对欧洲铁路网络的通达性变化进行过评价，认为各节点之间的铁路旅行时间和运输距离的变化可引起彼此间的相对距离改变，从而导致通达性变化［5］。国内学者在可达性对区域发展的影响和交通网络发展对可达性空间格局的影响等方面做了研究，陆大道研究了可达性变化对区域发展的影响［6］，曹小曙等研究了经济发达地区交通网络演化对通达性空间格局的影响［7］，金凤君等对20世纪我国铁路网扩展及可达性演变进行了研究［8］。在城市尺度内，我国可达性的研究侧重于公交最短路径的计算、城市路网结构评价、居民出行可达性的计算机辅助评价等方面。吴威等对长江三角洲公路网络的可达性空间格局及其演化进行了研究［9］。但大多数学者常采用多指标或加权平均旅行时间指标，加权平均旅行时间指标数学表达式为:

式中:Ai为i节点在交通网络中的可达性值;Tij为节点i到节点j的最短距离，采用时间衡量;Mj为节点j的质量，可以是节点j的人口或地区生产总值。城市的经济规模影响着人们的移动意愿进而影响到城市的可达性，因此，本研究采用地区生产总值为权重，以加权平均旅行时间为指标，从铁路提速演化入手，探讨1994年以来兰新铁路沿线主要城市可达性空间格局及其演化，并初步分析可达性对城市发展的影响。

1 研究区域与方法

1.1 研究区域的选择

以我国西北地区主要铁路干线兰新铁路沿线为研究区域，包括9个市级行政单元，甘肃省的兰州、武威、金昌、张掖、酒泉、嘉峪关和新疆的哈密、吐鲁番、乌鲁木齐。目前西北地区以公路和铁路为主的综合交通运输体系已初步形成，铁路在其运输体系中占有重要地位，随着铁路提速及客运分线的不断深入，铁路运输的优势将会进一步凸现，其在运输结构中的地位还会继续加强。

1.2 数据与方法

以2010年为基准年，将研究区域内的主要城市抽象为空间节点并假定这些地域单元不随时间而变化，研究区域内共包含9个节点，根据1994，2000，2010年中国铁道出版社出版的“全国铁路旅客列车时刻表”3个时间断面时刻表为资料来源，利用SPSS的统计功能求出不同时间断面各节点城市与其他节点城市之间的最短路径(最短旅行时间)，由公式(1)计算各城市与其他城市间的加权平均旅行时间，以此作为原始数据进行后续分析评价。

2 可达性空间格局及其演化

2.1 可达性空间格局

利用公式(1)计算出兰新铁路沿线主要城市在不同时间断面的可达性值(表1)。为了突出列车提速演化对可达性的影响，3个时间断面权重皆取2009年各城市地区生产总值(数据来源于2010年甘肃和新疆统计年鉴)。

表1 1994，2000，2010年兰新沿线主要城市可达性值Tab.1 Accessibility value of the main cities along Lan-Xin Railway Line in 1994，2000，2010

1)可达性值形成以张掖、酒泉等城市为核心向兰新线两端地区逐渐增高的不规则环状分布格局。从3个时间断面上看，可达性值低的城市(可达性水平高)位于兰新线的中间，而兰新线两端的城市可达性差，从兰新沿线区域整体来看，兰新线甘肃段城市的可达性要优于新疆段，可达性水平高的城市位于甘肃省。

2)研究期内根据可达性值的大小，可以将区域内的城市分为3个层次:可达性好的城市包括张掖、酒泉、嘉峪关，可达性一般的城市包括武威、金昌、哈密、吐鲁番，可达性差的城市包括兰州、乌鲁木齐。张掖、酒泉、嘉峪关一直为区域内可达性最好的城市。本研究讨论的可达性指标是以地区生产总值为加权因子的加权平均旅行时间，因此，我们认为，这一结果除了受区位因素、交通基础设施状况的影响外，还受到城市本身的经济总量及与区域经济中心城市的时间距离的影响。兰州、乌鲁木齐虽然地区生产总值比较大，但是位于兰新线的两端，区位因素影响了它们的可达性，张掖、酒泉、嘉峪关3个城市居于兰新线中部，具有区位优势，且三城市之间的时间距离小。由此看出，可达性受区位、交通基础设施和距区域经济中心城市的时间距离3个因素的共同影响。在地区生产总值不能占绝对优势的情况下，可达性受时间距离的影响大于地区生产总值的影响。

3)3个时间断面可达性空间分布都呈现一定的区域交通主干道指向性，即可达性的分布有沿兰新线向两端外突的特征，由于1994年兰新铁路线没有提速，所以在1994年时间断面上表现更为明显。

2.2 可达性动态演化

1)可达性值变化幅度与其初始值有关。一般来说，可达性值初始值越大的城市，其可达性值变化绝对值也越大，可达性值变化幅度与可达性值呈现较为一致的分布特征，以兰新线张掖、酒泉为中心，沿兰新线向两端可达性值变化幅度逐渐增加(图1)。但在研究期内，不同时间段变化幅度的分布呈现不同特点，第二阶段可达性值变化幅度低于第一阶段。

2)随着不同时间断面区域铁路提速的进一步发展与完善，各城市的可达性均有大幅提高。1994—2000年间，除了兰州可达性值变化率为37.27%外，其余的8个节点城市可达性值变化率均高于38%。沿线节点城市可达性均 值从 19.38 减至 11.91，减少了 7.47(38.53%)。2000—2010年间，兰州可达性值变化率为16.08%，变化率小的城市是乌鲁木齐和吐鲁番，分别是9.17%和7.9%(图2)。可以看出，在不同阶段减少幅度差别较大，这与不同阶段铁路提速的发展演化的特征有关。兰新铁路新的客运专线还没有竣工，交通基础设施没有改变，可达性的提高主要由铁路提速导致平均行车速度提高而获得。2000年，随着兰新铁路的大幅度提速，使平均行车速度大为提高。2010年以后铁路提速的幅度不大，导致平均行车速度提高较为缓和。

图1 1994—2010年兰新铁路沿线城市可达性值变化Fig.1 The changes of accessibility value of the cities along the Lan-Xin Railway during 1994—2010

图2 1994—2010年兰新铁路沿线城市可达性值变化率Fig.2 The changes of the rate of accessibility value of the cities along the Lan-Xin Railway during 1994—2010

3)可达性值随着铁路提速由可达性低值中心向两端呈不同速度扩展。1994年没有可达性值小于10的城市，2000年经过铁路的第三次大提速，兰新线上可达性值小于10的城市有张掖、嘉峪关和酒泉。到了2010年，除了兰州、吐鲁番和乌鲁木齐外，其余6个城市的可达性值都低于10。

2.3 相对可达性及其演化

可达性系数指各节点可达性值与网络内各节点平均可达性值的比［8］，反映了节点城市的相对可达性。

式中:Adi为节点城市的可达性系数;n为兰新沿线节点的数目。本研究引入该指标以分析各城市相对可达性水平及其演化(表2)。

表2 1994，2000，2010年兰新铁路沿线节点城市可达性系数Tab.2 Accessibility coefficient of majorcities along the Lan-Xin Railway in 1994，2000，2010

1)1994年和2000年可达性水平高于平均水平(可达性系数＜1)的城市均为7个，2010年为6个，这说明在3个时间断面大部分城市的可达性都优于平均水平，同时也从另一个方面反映出位于铁路两端边缘位置的城市可达性状况较差。

2)如上所述，研究期间，沿线各节点城市可达性的总体格局没有大的变化。可达性好、可达性一般和可达性差3个层次的城市可达性系数范围分别为小于0.82，0.82 ～1.00，大于 1.00。各节点城市所属的可达性层次在3个时间断面上没有发生大的变化，根据可达性系数及其排序，比较1994，2000，2010年3个时间断面，各城市可达性排序变化不大，但发现各节点城市在1994—2000年间和2000—2010年间可达性系数变化趋势不同，在1994—2000年兰州、酒泉、哈密、乌鲁木齐4个城市的可达性系数有变大的趋势，武威、金昌、张掖、嘉峪关、吐鲁番5个城市的可达性系数有变小的趋势。2000—2010年间兰州、金昌、张掖、酒泉、哈密的可达性系数有变小的趋势，只有嘉峪关、吐鲁番和乌鲁木齐3个城市可达性系数有变大的趋势。虽然嘉峪关的可达性系数有变大的趋势，但是仍然具有优势地位。

3 可达性变化对区域格局的影响

3.1 重新划分经济中心城市的经济圈

铁路提速极大地压缩了时空距离，将城市联系得更为紧密，这给经济区理论带来一定的冲击。在兰新沿线，乌鲁木齐和兰州经济发展水平比较高，对周边城市的带动辐射影响大，可以看作是兰新沿线上的经济中心城市。以乌鲁木齐和兰州为核心的经济圈有所扩大，形成双核理论中的核心城市和边缘城市。在经济圈内，腹地城市可以更加畅通地接受经济中心城市的辐射。嘉峪关和酒泉，金昌和武威城市的可达性好，城市间的距离短，城市间的吸引力加强，经济与文化发展的互补性强，这必然进一步强化城市之间的经济合作与联系。考虑到河西走廊目前没有一个大城市带动，可将嘉峪关和酒泉从经济上连结为一体，成为兰新经济带一个新的经济增长极，起到连接兰州和乌鲁木齐两大都市圈的作用，促进西北地区的经济发展。

3.2 推动新的经济增长极的发展

铁路提速必定对沿线城市发展起到强大的推动作用。兰新沿线城市经济发展水平总体不高，区域发展不平衡且差异较大，乌鲁木齐和兰州经济较为发达，吐鲁番、哈密、嘉峪关等城市经济较为落后。铁路提速后此类腹地地区的可达性都有很大的提高，嘉峪关和酒泉、金昌和武威之间经济联系加强，将充分带动城市间的人流、资源流、资金流、技术流和信息流的流动，促进不发达地区经济发展。在这种影响下，经济水平领先的城市也将进行新一轮的产业结构调整和转移，不发达地区将无障碍地接受经济扩散。另一方面，交通可达性的提高，也促使对当地资源的开发和利用，可以将酒泉和嘉峪关建设成为以商贸、旅游为主的河西走廊区域性中心城市、航天城和不锈钢城，把哈密建设为以采矿、冶金、能源、建材、化工、石油等为主的新型工业城市，使其成为支撑兰新经济带新的增长极，以此带动当地经济的发展，从而有利于国民经济的平衡协调发展。

4 结论与讨论

1997年铁路提速以来，兰新沿线主要节点城市可达性的空间分布格局总体有一定的变化，其值以嘉峪关和酒泉为中心向两端呈不规则沿兰新线增高的趋势。铁路提速极大地提高了主要城市间的可达性，但在不同阶段可达性演化特征不同，1994—2000年间可达性提升幅度较大，2000—2010年间变化幅度较小，各节点城市可达性值变化幅度与初始值有关，可达性值变化率亦是如此。区域内多数节点城市可达性状况优于平均水平，反映出两端边缘城市可达性状况相对较差，相对可达性在1994—2000年间变化较大，2000—2010年间较小，这是因为兰新铁路新的客运专线还没有竣工，交通基础设施没有改变，可达性的提高主要由铁路提速导致平均行车速度提高而获得，2000年后随着兰新铁路的大幅度提速，使平均行车速度大为提高。2010年以后铁路提速的幅度不大，导致平均行车速度提高较为缓和。

从兰新线铁路提速的角度出发，对兰新沿线9个节点城市间的可达性格局的演化进行了比较分析。事实上节点城市可达性应为铁路、公路、航空、航运可达性的综合。因此，还需对兰新沿线主要节点城市对内及对外可达性进行综合分析。

［1］陈洁，陆锋，程昌秀.可达性度量方法及应用研究进展评述［J］.地理科学进展，2007，26(5):100 －109.

［2］Hansen W G.How Accessibility Shapes Land-use［J］.Journal of the American Institute of Planners，1959，25(1):73－76.

［3］Bruinsma F.The Accessibility of European Cities［J］.Environment and Planning A，1998(3):499 －521.

［4］Murayama Y.The Impact of Railways on Accessibility in the Japanese Urban System［J］.Journal of Transport Geography，1994(2):87 －100.

［5］Javier G，Rafael G，Gabriel G.The European High-speed Train Network:Predicted Effects on Accessibility Patterns［J］.Journal of Transport Geography，1996(4):227 －238.

［6］陆大道.区域发展及其空间结构［M］.北京:科学出版社，1995:117－124.

［7］曹小曙，阎小培.经济发达地区交通网络演化对通达性空间格局的影响——以广东省东莞市为例［J］.地理研究，2003，22(3):305 －312.

［8］金凤君，王姣娥.20世纪中国铁路网扩展及其空间通达性［J］.地理学报，2004，59(2):293 －302.

［9］吴威，曹有挥，曹卫东，等.长江三角洲公路网络的可达性空间格局及其演化［J］.地理学报，2006，61(10):1065－1074.